_钻井液手册(翻译中文版)

钻井液技术手册中海石油技术服务公司钻井液技术手册（第一版）中海石油技术服务公司一九九八年十一月前言钻井液技术服务工作，是整个石油勘探开发作业中钻井工程的重要组成部分及关键环节之一，钻井液技术也随着油气田的勘探与开发作业的难度和复杂显得愈加重要。随着石油勘探开发工作的发展，钻井深度的增加和难度的增大，钻遇的地层也日益复杂，如高温高压油气层、严重垮塌地层，以及钻大斜度井、长延伸井和水平井等等；同时，钻井液工艺技术也进入了迅速发展的阶段，产品、体系层出不穷，先进技术和产品在钻井和完井工程中得到越来越多的应用。为了适应海洋石油勘探开发的形势需要，促进和加强钻井液技术管理工作，加强人员技术培训和提高人员素质，我们组织了以莫成孝、刘自明、周冠波等七位泥浆专家为主的编写组，根据多年来公司在中国海域各作业区和陆地钻井技术服务所取得的成功作业经验，结合近年来我们科研所取得的应用成果，参考国外泥浆公司的先进技术资料，历时约两年，编制了本技术手册。本手册涉及了钻井及完井工程中的：钻井液和完井液体系、钻井液性能测试与仪器、钻井液的固相控制、复杂情况的钻井液维护和处理、油气层保护和海洋环境的保护、钻井液水力学、常用泥浆处理剂以及钻井液工程计算等各个方面共十七个章节的内容。可作为我公司钻井液技术服务的指导性手册及人员培训教材。中海石油技术服务公司1998年11月1日编写说明本手册编写的主要目的是，为了将公司技术人员历年作业所获得的经验进行总结提高，故内容涉及作业的各个方面，对某些部分做了重点介绍，并准备将它作为我公司钻井液技术服务的指导性手册及人员培训教材。在编写时，着重对我们自己常用的泥浆体系进行介绍，故未能包容业界所有的钻井液和完井液体系。今后，我们计划要吸收国内外先进技术，定期对本手册的内容逐步补充和完善。本手册由莫成孝主编，第一章由温力为执笔，第二、四、十、十五章由莫成孝执笔，第三、六、八、十一、十三章由周冠波执笔，第五、七章由刘自明执笔，第九、十二章由扬彬执笔，第十四章由徐绍成、莫成孝共同执笔，第十六、十七章由陈志忠执笔。陈志忠同志负责校阅和排版工作，李自立和周健同志参加了审核工作，李春生同志为手册设计了封面，经中海石油技术服务公司金晓剑总工程师全面审查并提出了宝贵的意见。本手册得到中海石油技术服务公司科技部的大力支持得以早日出版，在此对各位有关专家和领导一并致谢。由于本手册涉及内容较广，且作者水平有限，如有错误和不妥之处，恳请大家批评指正，帮助我们不断完善本手册。《钻井液技术手册》编写组1998年11月手册目录章节章节名称页数一钻井液性能测试方法31二水基钻井液10三油基钻井液21四水平井钻井液6五完井液9六水力学20七固相控制10八井璧稳定3九井漏5十卡钻7十一钻井液污染物及处理5十二腐蚀5十三压力控制4十四储层保护11十五环境保护5十六工程计算与常用数据4十七钻井液产品介绍3第一章钻井液性能测试方法钻井液技术手册(第一版)1-1第一章钻井液性能测试方法1.1钻井液密度1.1.1仪器a.钻井液密度计:精确度达到足以测量±0.01g/cm3(或±0.1lb/gal)。b.加压式钻井液密度计：精确度达到足以测量±0.01g/cm3(或±0.1lb/gal)。可用于测定含有一些气泡的泥浆。c.温度计:量程0～105oC，分度值1oC。1.1.2操作步骤a.将底座放置在水平平面上；b.测量并记录钻井液样品的温度；c.将钻井液样品注入洁净的样品杯中，盖上杯盖并确保有一些钻井液从杯盖小孔冒出，压紧杯盖。如果是加压式密度计，注入钻井液到样品杯时应使液面略低于杯的上边缘为止，盖上杯盖，同时将加压阀开启，压紧杯盖使之与杯的上边缘接触，杯中过量的钻井液会从加压阀排出，关闭加压阀，擦干净杯外部并给螺纹抹点油，然后拧紧螺帽。用加压器抽取钻井液样品，第一次抽取的样品应排掉，第二次抽取的样品才干净可用。将加压器出口套入带有O型密封垫圈的样品杯加压阀上面，用力下压加压器的活塞柄，以压迫钻井液通过压动式加压阀进入样品杯，并使杯内具有压力。下压加压器活塞柄的力应达到50磅(22.68kg)或更大些，然后逐渐减小下压压力，使加压阀自动关闭，最后释放掉全部下压压力取下加压器。d.冲洗或擦干净样品杯外部；e.将臂梁上的刀口放在底座的刀垫上，移动游码使之平衡；f.从靠样品杯一侧的游码边缘读取刻度值；g.记录读数及相应单位。如果使用了一些扩大密度计量程的附件，还应做相应的校正；h.清洗密度计样品杯。对于加压式密度计，应再将加压器接回加压阀上，下压加压器的活塞柄，放出样品杯中的压力，然后才能打开杯盖进行清洗。1.2马氏漏斗粘度1.2.1仪器a.马氏漏斗:漏斗上面带有12目的筛网，漏斗内容积1500cm3，流出1夸脱(946cm3)21±3oC的淡水所需时间为26±0.5秒；b.带刻度泥浆杯:有1夸脱和1000cm3的刻度线；c.秒表；d.温度计:量程0~105oC。1.2.2操作步骤a.清洁漏斗和带刻度的泥浆杯；第一章钻井液性能测试方法钻井液技术手册(第一版)1-2b.用手指堵住漏斗的出口管，将经过充分搅拌的钻井液样品通过漏斗上面的筛网注入直立状态的漏斗内，直至钻井液液面达到筛网底部为止(应有1500cm3)；c.移开堵住出口管的手指同时按动秒表，测量钻井液从出口管流入带刻度的泥浆杯达到1夸脱或1升的刻度线位置时所需时间；d.测量并记录钻井液的温度；e.以秒为单位记录马氏漏斗粘度。1.3钻井液的表观粘度、塑性粘度、屈服值和静切力1.3.1仪器a.直读式旋转粘度计:目前通用的有手摇式、12V电动式、115V电动式(6速型)、115V或220V电动式(无级变速型)；b.秒表；c.温度计:量程0~105oC；d.可加热恒温的泥浆样品杯(备用)。1.3.2操作步骤a.将钻井液样品注入泥浆样品杯中(必要时用可加热恒温的泥浆样品杯)，使粘度计的转筒浸入到钻井液样品中时液面刚好达到外筒的刻度线。应尽量减少钻井液样品搅拌后的耽误时间(小于5分钟)，且测量时钻井液的温度与取样处钻井液的温度不应相差大于6oC。记录取样地点和测量时钻井液的温度；b.使外筒以600rpm的转速旋转，读取粘度计表盘上已恒定的指针所指示的刻度值，记为φ600；c.将转速改为300rpm，再读取表盘指针所指示的刻度值，记为φ300；d.将转速改为600rpm，转动10秒钟以上，然后静止10秒钟，立即开动仪器使外筒以3rpm的转速转动，读取开始旋转时表盘指针所指示的最大值，记为G10”；e.再以600rpm的转速转动10秒钟以上，然后静止10分钟，立即开动仪器，使外筒以3rpm的转速转动，读取开始旋转后表盘指针所指示的最大刻度值，记为G10’；f.测定完毕后，及时清洗内外转筒并擦干。1.3.3计算a.表观粘度:AV(cp)=φ600/2b.塑性粘度:PV(cp)=φ600－φ300c.屈服值:YP(lb/100ft2)=φ300－PVd.初切力:G10”(lb/100ft2)e.终切力:G10’(lb/100ft2)第一章钻井液性能测试方法钻井液技术手册(第一版)1-31.4钻井液的室温中压滤失量(API滤失量)1.4.1仪器a.API失水仪:过滤面积为7.1±0.1in2(4580±60mm2)；b.滤纸:WhatmanNo.50型或相当的产品，直径9cm；c.秒表；d.带刻度量筒:容量10~25cm3，分度值为0.2cm3；e.钢板尺:刻度精确至1mm；f.压力源:用无危险的流体施压。若带有加压器及压力调节器，可使用二氧化碳小型气弹提供压力。1.4.2操作步骤a.确保失水仪过滤杯各部件清洁干燥，密封垫圈未变形或损坏；b.将钻井液样品注入过滤杯中，液面距杯子顶端约1cm。放上滤纸，盖上过滤盖；c.在过滤杯排出管下面放好量筒以便接收滤液；d.迅速加压，要求在30秒内使压力达到100±5psi(690±35kPa)。在加压的同时开始记时；e.时间达到30分钟时，测量滤液体积，关闭压力。若测定时间不是30分钟，应加以注明；f.以cm3为单位记录滤液的体积(精确到0.1cm3)，同时记录钻井液药品的初始温度。保留滤液以便用于化学分析；g.释放掉过滤杯内的压力，小心拆开杯盖，倒掉钻井液，取出滤纸时应避免损坏滤纸上的滤饼，小心地用缓慢的水流冲去滤饼表面的钻井液，用钢板尺测量滤饼的厚度，精确到1mm或1/32in。以mm或1/32in为单位记录滤饼厚度并注明其软、硬、韧、致密、疏松或坚硬情况。1.4.3注意:a.当钻井液样品的滤失量大于8cm3时，过滤进行到7.5分钟时的滤液体积乘以2可近似等于实测30分钟时的滤失量。b.使用小型失水仪(通常其过滤面积是标准失水仪过滤面积的一半)时，测定的结果与用标准失水仪测定的结果没有严格的互换性，当滤失量较低时，用小型失水仪测定7.5分钟所得滤液体积乘以4作为API滤失量将存在较大误差。1.5钻井液的高温高压滤失量1.5.1仪器a.高温高压失水仪:失水仪的过滤杯容积为300~400cm3，过滤面积为2258mm2，用于150oC以下的试验时，过滤杯的设计耐压强度应为7092kPa，而用于150oC以上的试验时，过滤杯耐压强度则应为10132kPa以上；b.滤液接收器:应能承受3546kPa的压力；c.压力源:可用氮气或二氧化碳气体；第一章钻井液性能测试方法钻井液技术手册(第一版)1-4d.过滤介质:当测试温度低于200oC时，用WhatmanNo.50型滤纸或相当的产品，如果测试温度高于200oC，则需用DynalloyX-5型滤纸或相当的多孔介质圆盘，一片只能使用一次；e.计时器:时间间隔为30分钟；f.温度计:量程可达260oC，可采用金属温度计；g.量筒:25cm3或50cm3；h.高速搅拌器；i.钢板尺:刻度分度值为1mm。1.5.2操作步骤（1）试验温度低于150oC时的操作步骤:a.将温度计插入加热套，预热直至比所需试验温度高10oF(6oC)为止，保持恒温。b.将用高速搅拌器搅拌10分钟之后的钻井液样品注入过滤杯中，液面距顶部13mm，装上滤纸。c.安装好过滤杯并关紧上下阀杆，放入加热套内，插上温度计。d.将滤液接受器连接到过滤杯底部阀杆上并锁好。将可调节压力的调压器连接压力源并安装到上部阀杆上，同样锁好。e.在上下阀杆关紧的情况下分别调节上下压力调节器至100psi(690kPa)。打开上部阀杆，将100psi压力施加到过滤杯内。维持此压力直至达到试验所需温度，保持此温度恒定。过滤杯内的钻井液从预热达到试验温度的过程不应超过1小时。f.当温度达到后，将顶部压力增加到600psi(4140kPa)，并同时打开底部阀杆开始收集滤液，记时开始，在保持试验温度在±5oF(±3oC)的范围内，收集滤液30分钟。如果在测定过程中，接受器的回压超过100psi，可以小心地从滤液接受器中排出一部分滤液，使压力降至100psi。g.记录滤液体积、试验温度、压力和时间。h.试验完后，关紧过滤杯的上下阀杆，压力调节器释放掉压力。(过滤杯内仍有500psi的高压！)i.在确保上下阀杆关闭的情况下(并且压力调节器已释放压力)拆除滤液接收器和压力调节器，设法使过滤杯冷却至室温，保持过滤杯垂直向上，小心打开上阀杆，释放出杯内的压力(不要对着身体！)，然后打开杯盖，倒掉钻井液，取出滤饼，用缓慢水流冲去滤饼表面疏松的物质，用钢板尺测量滤饼厚度，精确到1/32in或1mm。最后清洗过滤杯各个部件。计算和记录：a.钻井液:HTHPFL(cm3)=2×(滤液体积cm3/30min)b.钻井液滤饼厚度(mm)＝钢板尺测量值（2）温度高于300oC时的测定步骤:a.首先了解所用仪器的生产厂家对仪器使用的说明，必须严格遵守厂家对钻井液样品体积、测试温度及压力等方面的规定。b.将温度计插入加热套，将加热套预热升温至比所需试验温度高出6℃并使之恒温。第一章钻井液性能测试方法钻井液技术手册(第一版)1-5c.用高速搅拌器搅拌钻井液样品10分钟后，将样品注入过滤杯中并使液面距顶部38mm。放好过滤介质。d.安装好过滤杯并关紧上